Билет 55.Самоидукция. Индуктивность контура

Самоиндукция — явление возникновения ЭДС индукции в проводящем контуре при изменении тока, протекающего через контур.

При изменении тока в контуре меняется магнитный поток через поверхность, ограниченную этим контуром, изменение потока магнитной индукции приводит к возбуждению ЭДС самоиндукции. Направление ЭДС оказывается таким, что при увеличении тока в цепи ЭДС препятствует возрастанию тока, а при уменьшении тока — убыванию.

Величина ЭДС пропорциональна скорости изменения силы тока I и индуктивности контура L:

. За счёт явления самоиндукции в электрической цепи с источником ЭДС при замыкании цепи ток устанавливается не мгновенно, а через какое-то время. Аналогичные процессы происходят и при размыкании цепи, при этом величина ЭДС самоиндукции может значительно превышать ЭДС источника. Чаще всего в обычной жизни это используется в катушках зажигания автомобилей.

Индукти́вность контура (или коэффициент самоиндукции) — коэффициент пропорциональности между электрическим током, текущим в каком-либо замкнутом контуре, и магнитным потоком, создаваемым этим током через поверхность^[1], краем которой является этот контур^[2][3][4].

В формуле

— магнитный поток, — ток в контуре, — индуктивность.

65. Ферромагнетики и их свойства. Ферромагнетики — вещества (как правило, в твёрдом кристаллическом или аморфном состоянии), в которых ниже определённой критической температуры (точки Кюри) устанавливается дальний ферромагнитный порядок магнитных моментов атомов или ионов (в неметаллических кристаллах) или моментов коллективизированных электронов (в металлических кристаллах). Иными словами, ферромагнетик — такое вещество, которое при температуре ниже точки Кюри, способно обладать намагниченностью в отсутствие внешнего магнитного поля. Точка Кюри, или температура Кюри, — температура фазового перехода II рода, связанного со скачкообразным изменением свойств симметрии вещества (например, магнитной — в ферромагнетиках, электрической — в сегнетоэлектриках, кристаллохимической — в упорядоченных сплавах). При температуре ниже точки Кюри ферромагнетики обладают самопроизвольной (спонтанной) намагниченностью и определённой магнитно-кристаллической симметрией. В точке Кюри () интенсивность теплового движения атомов ферромагнетика оказывается достаточной для разрушения его самопроизвольной намагниченности («магнитного порядка») и изменения симметрии, в результате ферромагнетик становится парамагнетиком.

Свойства ферромагнетиков:

1) Магнитная восприимчивость ферромагнетиков положительна и значительно больше единицы.

2) При не слишком высоких температурах ферромагнетики обладают самопроизвольной (спонтанной) намагниченностью, которая сильно изменяется под влиянием внешних воздействий.

3) Для ферромагнетиков характерно явление гистерезиса.

4) Ферромагнетики притягиваются магнитом.

64. Пара – и диамагнетики. Реальные объекты могут обладать как положительными, так и отрицательными магнитными восприимчивостями. Примером веществ с отрицательной восприимчивостью могут служить диамагнетики — их намагниченность по направлению противоположна приложенному магнитному полю. Положительной восприимчивостью обладают, например, парамагнетики и ферромагнетики.

Магнитная восприимчивость диамагнетиков и парамагнетиков мала и составляет величину порядка 10⁻⁴ — 10⁻⁶, при этом она практически не зависит от напряжённости приложенного магнитного поля. Заметные отклонения наблюдаются только в области сильных полей или низких температур. Атомы (молекулы или ионы) парамагнетика обладают собственными магнитными моментами, которые под действием внешних полей ориентируются по полю и тем самым создают результирующее поле, превышающее внешнее. Парамагнетики втягиваются в магнитное поле. В отсутствии внешнего магнитного поля парамагнетик не намагничен, так как из-за теплового движения собственные магнитные моменты атомов ориентированы совершенно беспорядочно. К парамагнетикам относятся алюминий (Al), платина (Pt), многие другие металлы (щелочные и щелочно-земельные металлы, а также сплавы этих металлов), кислород (О₂), оксид азота (NO), оксид марганца(MnO), хлорное железо (FeCl₃) и др.

59.Намагничивание вещества. Молекулярные токи. Намагниченность.

Для вещества в состоянии термодинамического равновесия суммарный магнитный момент всех атомов равен нулю. При включении внешнего магнитного поля орбитальное и спиновое движения атомных электронов меняются. В классической электродинамике эти измененные движения определяют молекулярные токи, индуцированные магнитным полем. При макроскопическом подходе индуцированные микроскопические токи в атомах усредняются по объему, содержащему большое число атомов, и вводятся так называемые токи намагничивания

(1)

С помощью токов намагничивания описывается отклик вещества на внешнее магнитное поле.

Под действием магнитного поля атомы приобретают индуцированные магнитные моменты, ориентация которых определяется направлением этого магнитного поля. В результате суммарный магнитный момент единицы объема вещества, называемый намагниченностью,

(2)

становится отличным от нуля. Здесь - магнитный момент i-ого элемента и n-число атомов в единице объем. В системе СИ намагниченность имеет размерность ампер/метр (А/м).

Намагниченность и токи намагничивания связаны между собой интегральным соотношением

, (3)

представляющим собой теорему о циркуляции вектора намагниченности. В правую часть равенства (3) входит алгебраическая сумма токов намагничивания, пересекающих поверхность, натянутую на контур L.

С учетом как токов проводимости, создаваемыми свободными зарядами в проводниках, так и токов намагничивания, создаваемых связанными зарядами в веществе, теорема о циркуляции векторного поля магнитной индукции принимает вид

. (4)

Обычно внешнее магнитное поле создается с помощью токов проводимости, поэтому эти токи являются известными. Токи намагничивания необходимо определять с помощью заданных магнитных свойств вещества и внешнего магнитного поля.Для удобства расчета намагниченного вещества вводится новая характеристика магнитного поля , (5)

которая называется напряженностью магнитного поля. В системе СИ размерность напряженности магнитного поля ампер/метр (А/м). Из (8.5) – (8.7) следует теорема о циркуляции вектора напряженности магнитного поля

. (6)

Здесь в правую часть входят известные токи проводимости.